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64 - ELETTRONICA OGGI 480 - SETTEMBRE 2019 I nternet of Things (IoT) pone una serie di requisiti fon- damentali, qualsiasi sia la tecnologia di rete. Richiede un’architettura progettata per gestire migliaia di nodi che possono essere lontani dalle aree popolate e in luo- ghi difficili da raggiungere, dai sensori che monitorano il flusso di acqua e l’inquinamento di fiumi e canali fino ai contatori nei seminterrati delle nostre case. L’architettura deve inoltre supportare in modo sicuro nodi di sensori alimentati a batteria, massimizzando al contempo la facilità d’installazione e manutenzione, il che indica chiaramente che le comunicazioni wireless sono un modo per evitare i costi di cablaggio. La tecnologia di rete deve anche tenere conto della rigida dotazione energetica dei dispositivi end-node, molti dei quali de- vono funzionare per un decennio con una singola carica della batteria. E deve garantire un buon livello di sicu- rezza per evitare intercettazioni e aiutare a respingere i tentativi di violazione da parte di potenziali hacker. Tecniche di modulazione La progettazione di una tale tecnologia di rete inizia dal livello fisico (physical layer) del modello ISO/OSI. Come nel caso di altri protocolli wireless che sono stati impie- gati per applicazioni IoT, LoRaWAN utilizza la modulazio- ne a dispersione di spettro (spread-spectrum modula- tion). Una differenza fondamentale tra LoRaWAN e altri protocolli risiede nell’uso di una tecnologia adattiva ba- sata su segnali chirp piuttosto che sulla convenzionale modulazione DSSS (Direct-Sequence Spread-Spectrum). Questo approccio offre un compromesso tra sensibili- tà di ricezione e massima velocità di trasferimento dati che, grazie allo schema di modulazione, supporta questo adattamento per ogni nodo. Con la tecnica DSSS, la fase della portante viene sfasa- ta dinamicamente secondo una sequenza di codici pre- compilata. Un certo numero di codici successivi viene applicato a ciascun bit che deve essere trasmesso. Que- sta sequenza di sfasamenti per ogni bit crea un segnale che cambia molto più rapidamente del vettore e quindi diffonde i dati su un’ampia banda di frequenze. Maggiore è il numero di “chip” (ovvero il componente più elemen- tare di un segnale a spettro disperso) di codice per bit, maggiore è il fattore di dispersione. Questa dispersione rende il segnale meno sensibile alle interferenze ma ri- duce l’effettiva velocità di trasferimento dati e aumenta l’energia necessaria per trasmettere ogni singolo bit. Tuttavia, poiché è più resistente alle interferenze, il tra- smettitore può ridurre i livelli di potenza complessivi. In generale, a parità di BER (Bit-Error Rate), il DSSS assicu- ra un minore consumo di energia. Ci sono costi energetici e finanziari legati all’utilizzo di DSSS, che ne riducono la possibilità di utilizzo nei nodi IoT. Per garantire che il ricevitore sia in grado di elabora- re i chip in ingresso e riconvertire il flusso in dati, DSSS si basa su un clock di riferimento preciso e accurato, presente sul PCB. Tali clock tendono a essere costosi e aumentare la precisione del clock fa anche aumentare il consumo di energia. La tecnica CSS (Chirp Spread Spec- trum) utilizzata da LoRaWAN può essere implementata a un costo inferiore perché non si basa su un clock così Tecnologia di rete LoRaWAN: uno sguardo in profondità Patrick van Eijk IoT Solutions Director Semtech In base a parametri quali area di copertura, efficienza energetica e sicurezza, LoRaWAN è la scelta più smart per la creazione di reti IoT COMM WIRELESS NETWORK Fig. 1 – Esempio di un segnale chirp utilizzato da LoRa